URDF format 中 TYPE revolute 與 prismatic 關節的差別

 URDF format 中  TYPE revolute 與 prismatic 關節的差別

在 URDF (Unified Robot Description Format) 或 SDF (Simulation Description Format) 中，關節 (joint) 的 type 會決定機械手臂的運動方式。

關節類型	描述	運動方式	常見應用
revolute	旋轉關節	以固定軸旋轉 (類似門的鉸鏈)	機械手臂的 關節, 機器人的 輪子轉向
prismatic	滑動關節	直線運動 (類似抽屜)	伸縮機構, 直線滑軌, 氣壓缸

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🔹 revolute (旋轉關節)

📌 旋轉關節 (revolute) 是最常見的機械手臂關節，允許圍繞特定軸旋轉，通常有角度限制 (limit)。

✅ 範例 (URDF)

xml
<joint name="joint_1" type="revolute">
  <parent link="base_link"/>
  <child link="link_1"/>
  <axis xyz="0 0 1"/>  <!-- 旋轉軸 (Z 軸) -->
  <limit effort="10.0" lower="-1.57" upper="1.57" velocity="1.0"/>
</joint>

🔹 解析

• axis xyz="0 0 1" → 旋轉軸為 Z 軸 (垂直旋轉)
• limit lower="-1.57" upper="1.57" → 允許旋轉 -90° 到 90° (±1.57 弧度)
• velocity="1.0" → 最大旋轉速度 1.0 rad/s

✅ 應用

• 機械手臂關節 (robot_arm)
• 自主機器人的輪子 (ackermann steering)
• 機械夾爪旋轉 (gripper rotation)

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🔹 prismatic (滑動關節)

📌 滑動關節 (prismatic) 允許物體在 直線方向 移動，常用於機械手臂的伸縮機構** 或 線性滑軌。**

✅ 範例 (URDF)

xml
<joint name="joint_2" type="prismatic">
  <parent link="link_1"/>
  <child link="link_2"/>
  <axis xyz="1 0 0"/>  <!-- 滑動方向 (X 軸) -->
  <limit effort="100.0" lower="0.0" upper="0.5" velocity="0.2"/>
</joint>

🔹 解析

• axis xyz="1 0 0" → 滑動方向為 X 軸
• limit lower="0.0" upper="0.5" → 允許的滑動範圍 0 到 0.5 公尺
• velocity="0.2" → 最大滑動速度 0.2 m/s

✅ 應用

• 直線滑軌 (linear rail，如 CNC 機械)
• 機械手臂伸縮關節 (telescopic joint)
• 氣壓缸或電動缸 (pneumatic actuator)

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🚀 revolute vs prismatic 總結

屬性	revolute (旋轉關節)	prismatic (滑動關節)
運動方式	旋轉 (angular movement)	直線 (linear movement)
限制 (limit)	lower 和 upper 是 角度 (rad)	lower 和 upper 是 距離 (m)
應用	機械手臂、輪子轉向、旋轉機構	滑軌、伸縮臂、直線運動
URDF 設定	type="revolute"	type="prismatic"
軸向 (axis xyz)	旋轉軸	滑動方向

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🚀 revolute & prismatic 混合應用

📌 假設你要設計一個機械手臂，底部關節可以旋轉，手臂可以前後伸縮，則可以這樣設計

xml
<joint name="base_rotation" type="revolute">
  <parent link="base_link"/>
  <child link="arm_link"/>
  <axis xyz="0 0 1"/>
  <limit lower="-3.14" upper="3.14" velocity="1.0"/>
</joint>

<joint name="arm_extension" type="prismatic">
  <parent link="arm_link"/>
  <child link="end_effector"/>
  <axis xyz="1 0 0"/>
  <limit lower="0.0" upper="0.5" velocity="0.2"/>
</joint>

✅ 效果

• base_rotation 可以旋轉 360°
• arm_extension 可以前後滑動 50 cm

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🚀 總結

1. revolute (旋轉關節) → 旋轉運動 (angular movement)，常用於機械手臂 旋轉關節。
2. prismatic (滑動關節) → 直線運動 (linear movement)，常用於 伸縮臂 或 滑軌。
3. 關鍵差異
   • revolute 受角度限制 (rad)
   • prismatic 受距離限制 (m)
4. 可混合使用 → 例如 revolute + prismatic 打造旋轉 & 伸縮機械手臂！